董文涛，程醒沈阳航空航天大学

家用煤气泄漏检测与自动处理系统

董文涛，程醒
沈阳航空航天大学

摘要：如今随着越来越多的家庭开始使用煤气的同时，煤气泄漏引起的事故也日益增多，这严重危害人们的生命与财产安全，煤气泄漏日益成为人们关注的焦点。本设计就是基于STM32单片机的家用煤气泄漏检测与自动处理系统，该系统引入智能家居设计理念，不仅能够实时检测、监控与报警，而且在报警的时候能够把报警信息通过GSM通信模块发送到主人手机上同时可启动厨房排油烟机，将有毒气体排出并关闭煤气阀门。

关键词：STM32单片机；智能家居；煤气检测；GSM通信模块

现在人们的生活水平有了很大的改善，很多家庭都用上了管道煤气。管道煤气的一氧化碳含量为25％～30％，如果管道漏气、开关不紧，或烧煮过程中没有充分燃烧，都会产生并积累一氧化碳气体，一氧化碳无色无味，不易被察觉，当空气中一氧化碳含量达到0.04％～0.06％时，就可使人中毒；超过0.1％时，只要吸入半小时，人就会昏睡，进而昏迷；达到0.4％时，只要吸入1小时就可致人死亡。其与空气混合达12.5％时，还可能产生爆炸，造成极其严重的后果，给人民和国家带来很大的损失。所以能够研制出有效并且用于家庭的煤气检测报警装置具有重大的意义，其市场前景十分广阔。

1　系统的工作原理

本系统设计是基于STM32单片机的家用煤气泄漏检测与自动处理系统，该系统引入智能家居设计理念，不仅能够实时检测、监控与报警，而且在报警的时候能够把报警信息通过GSM通信模块发送到主人手机上同时可启动厨房排油烟机，将有毒气体排出并关闭煤气阀门。

一氧化碳传感器采集到的气体信号经过A/D转换，转换得到的数字信号通过单片机运算处理，与设定的值进行比较，当检测值低于设定的值时，系统正常工作不会报警。当检测值超过预设值时，系统报警，并把报警信息通过GSM通信模块发送到主人手机上，告知房主家里煤气泄漏并且通过继电器关闭管道煤气阀门。同时启动厨房里的排油烟机系统，将有害气体抽出。其系统框图如图1所示。

图1　系统框图

2　系统硬件设计

2.1电源模块

我们采用LM2940低压差三端稳压芯片，其输出电压为5V，输出电流是1A；当输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V，最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。其使用很方便简单，仅需两个外接电容即可。

2.2TFTLCD显示模块

TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。TFT-LCD与无源TNLCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。TFTLCD模块采用80并口与外部链接，采用16位数据线，大大提高了显示速度。这里简介几个重要的信号线：CS：TFTLCD片选信号；WR：向TFTLCD写入数据；RD：从TFTLCD读取数据；RST：硬复位TFTLCD；RS：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）；D[15:0]：16位双向数据线。TFTLCD模块的RST信号线直接接到STM32的复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个IO口。TFTLCD的D[15:0]信号线分别对应STM32的PB[15:0]口，其他信号线CS、RS、WR、RD分别接到STM32的PC9、PC8、PC7、PC6口上。

2.3GSM通信模块

该通信模块的核心是SIM900A模块。其可工作于GSM/GPRS900/1800MHz频段；具有语音、数据、短消息和传真传递功能；供电范围宽：3.2--4.8V；支持半速率、全速率、增强型速率语音编码；支持AT命令；有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器。STM32单片机与SIM900A模块由串口进行通信，通过AT指令可实现数据、传真、呼叫和短信等功能的控制。本设计就是STM32单片机通过串口向SIM900A模块发送AT指令实现短信的发送功能。要实现STM32单片机与SIM900A模块的串口通信，SIM900A模块的STXD和SRXD必须接到STM32单片机上的RX与TX，即PA3口和PA2口,同时SIM900A模块的GND要与STM32单片机的GND相连接。

2.4排气与闭阀模块

排气与关闭煤气阀门模块主要由排油烟机、固态继电器、燃气电磁阀和L9352B驱动芯片构成。我们采用直流控制交流的单相固态继电器，其是由固态电子元件组成的新型、无触点开关器件。报警时，单片机信号触发继电器进而启动排油烟机排气。继电器内部采用专用光电耦合器隔离，可提高整个系统的抗干扰能力并且工作稳定可靠、开关速度快以及使用寿命长。

闭阀部分选用二位二通直动式燃气电磁阀和L9352B驱动芯片。当L9352B提供正向脉冲信号时，燃气电磁阀线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；当L9352B提供反向脉冲信号时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭，从而实现燃气阀门的开启与关闭。

3　系统软件设计

本系统软件设计包括延时子程序、中断子程序、按键处理子程序、TFTLCD显示子程序、GSM通信子程序、报警子程序等。系统上电并进行初始化，初始化后在中断子程序里进行数据采集并转换，然后将转换后的二氧化碳浓度值进行显示，并与设定值进行对比，如果大于预设值，进行声光报警，GSM短信报警，同时关闭气阀并打开排气系统排出有害气体。若没有大于预设值，则系统正常工作。其程序流程图如图2所示。

图2　程序流程图

4　结束语

经实践证明，此家用煤气泄漏检测与自动处理系统能够满足设计要求。当检测一氧化碳超标时能及时进行声光报警，通过GSM通信模块将报警信息发送至房主手机，同时关闭煤气管道阀门并启动厨房排油烟机系统，将有毒气体排出室内。其除了家庭外，还可应用在其他一些领域，具有广阔的市场前景。

参考文献:

[1]程翔.GSM系统中的短消息业务[J].移动通信,2004,(6):7-10.

[2]曾令国,郑淑清.智能型煤气泄漏检测及自动呼救系统[J].电脑开发与应用,2003,16(1):4-5.

[3]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[4]刘忠信.一种低成本的比例电磁阀控制系统[J].工业仪表与自动化装置,2005(6):66-67.

作者简介：董文涛（1988-），男,本科,河南信阳人,学生,研究方向：测控技术与仪器,工作单位：沈阳航空航天大学。